Катодный узел для ионно-плазменного нанесения пленок

Скачать PDF файл.

Текст

Смотреть все

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ КАТОДНЫЙ УЗЕЛ ДЛЯ ИОННО-ПЛАЗМЕННОГО НАНЕСЕНИЯ ПЛЕНОК(71) Заявитель Учреждение образования Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины(72) Авторы Пиун Виктор Михайлович Малащенко Алексей Терентьевич Каморников Игорь Михайлович(73) Патентообладатель Учреждение образования Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины(57) Катодный узел для ионно-плазменного нанесения пленок, содержащий катод-мишень,держатель катода-мишени, герметичную кольцеобразную камеру охлаждения со штуцерами ввода и вывода охлаждающей жидкости, кольцевой постоянный магнит, первый и второй магнитные наконечники и магнитопровод, отличающийся тем, что содержит кольцеобразную пластину, в отверстиях которой герметично установлены штуцеры ввода и вывода охлаждающей жидкости, катод-мишень и держатель катода-мишени выполнены в форме пластин, первый магнитный наконечник выполнен в виде полого цилиндра, второй магнитный наконечник и магнитопровод совмещены и выполнены в форме стержня,расположенного коаксиально полому цилиндру, и пластины, установленной перпендикулярно оси стержня с образованием зазора с ним и полюсом кольцевого магнита и с возможностью перемещения вдоль оси стержня до контакта с ним и полюсом магнита, а герметичная кольцеобразная камера охлаждения расположена между полым цилиндром и стержнем и ограничена их боковыми поверхностями и поверхностями держателя катодамишени и кольцеобразной пластины.(56)754907 , 1989.1725574 , 1995.2058427 1, 1996.2096521 1, 1997.5158660 , 1992.5126033 , 1992. Изобретение относится к оборудованию для ионно-плазменного нанесения пленок с применением плазмы инертных и химически активных газов и может быть использовано в пленочной технологии в вакуумных установках для нанесения покрытий на диэлектрические и металлические подложки. Известен катодный узел для ионно-плазменного нанесения пленок, содержащий катод-мишень, держатель катода-мишени, систему охлаждения, магнитную систему с полюсными наконечниками 1. Известный катодный узел не обеспечивает эффективное охлаждение катода-мишени,держателя катода-мишени и магнитной системы, следствием чего является низкий ресурс узла и снижение качества наносимых пленок. Наиболее близким к заявленному является катодный узел, преимущественно для ионно-плазменного нанесения пленок, содержащий катод-мишень, держатель катода-мишени,герметичную кольцеобразную камеру охлаждения со штуцерами ввода и вывода охлаждающей жидкости, кольцевой постоянный магнит, первый и второй полюсные наконечники и магнитопровод 2. Известный катодный узел имеет катод-мишень сложной формы в виде пластины с выступами, что ограничивает возможности ионно-плазменного нанесения, поскольку для ряда материалов (тугоплавких, хрупких и т.п.) изготовление мишени является дорогостоящей и технически сложной проблемой. В процессе нанесения покрытия катод-мишень подвергается эрозии, что изменяет величину и распределение магнитного потока в области мишени и, как следствие, ухудшает качество наносимых пленок. Выступы, с одной стороны, увеличивают ресурс катода-мишени за счет более высокого допуска на ее эрозионный износ, однако, с другой стороны, при высоком эрозионном износе не обеспечивается высокое качество пленок. В силу этого возникает необходимость подстройки величины магнитного потока в процессе нанесения, что не обеспечивает известное устройство. Для разнородных по тепловым свойствам материалов мишени и держателя не всегда можно обеспечить надежный контакт выступов и пазов, что снижает эффективность охлаждения катода-мишени, ресурс последней и качество наносимых пленок. Торец постоянного магнита подвергается интенсивному тепловому воздействию, что приводит к изменению его магнитных характеристик, что ограничивает долговечность катодного узла и ухудшает качество наносимых пленок. Предлагается катодный узел для ионно-плазменного нанесения пленок. Основной технический результат изобретения заключается в повышении долговечности катодного узла и расширении его технологических возможностей. Дополнительный технический результат изобретения заключается в улучшения качества наносимых пленок за счет эффективного охлаждения катода-мишени и возможности оптимизации величины магнитного потока в области катода-мишени в процессе нанесения. Достижение основного и дополнительного технических результатов обеспечивается тем, что в катодном узле для ионно-плазменного нанесения пленок, содержащем катодмишень, держатель катода-мишени, герметичную кольцеобразную камеру охлаждения со штуцерами ввода и вывода охлаждающей жидкости, кольцевой постоянный магнит, первый и второй магнитные наконечники, магнитопровод, катодный узел содержит кольце 2 6143 1 образную пластину, в отверстиях которой герметично установлены штуцеры ввода и вывода охлаждающей жидкости, катод-мишень и держатель катода-мишени выполнены в форме пластин, первый магнитный наконечник выполнен в виде полого цилиндра, второй магнитный наконечник и магнитопровод совмещены и выполнены в форме стержня, расположенного коаксиально полому цилиндру, и пластины, установленной перпендикулярно оси стержня с образованием зазора со стержнем и полюсом кольцевого магнита и с возможностью перемещения вдоль оси стержня до контакта с ним и полюсом магнита, а герметичная кольцеобразная камера охлаждения расположена между полым цилиндром и стержнем и ограничена их боковыми поверхностями и плоскими поверхностями держателя катода-мишени и кольцеобразной пластины. В соответствии с изобретением улучшается не только охлаждение катода-мишени, но и постоянного магнита. Создание камеры охлаждения, согласно предложенному, и выполнение катода-мишени и держателя в виде пластин обеспечивает интенсивное охлаждение катода-мишени, за счет эффективного теплоотвода от катода-мишени через пластинудержатель, с одной стороны, и эффективное охлаждение магнитных наконечников и магнитопровода охлаждающей жидкостью, с другой, что предотвращает влияние тепловой нагрузки на постоянный магнит, обеспечивая стабильность магнитных характеристик и более высокую долговечность узла. Такое охлаждение катода-мишени и магнита улучшает качество наносимых пленок и обеспечивает более равномерный эрозионный процесс на мишени, что способствует ее более длительному ресурсу работы. Введение магнитного наконечника в виде полого цилиндра (втулки) и совмещение и выполнение второго наконечника магнитопровода в виде стержня и пластины существенно улучшает условия охлаждения катодного узла, а также позволяет изменять величину магнитного потока в области катода-мишени в соответствии с величиной эрозии мишени и оптимальностью технологических параметров. Установка пластины и стержня, совмещающих функции наконечника и магнитопровода, с возможностью перемещения и образования зазора, согласно изобретению, обеспечивает изменение величины магнитного потока в процессе нанесения до оптимальной с точки зрения производительности технологического процесса и обеспечения высокого качества наносимых пленок. На фигуре схематически изображен предлагаемый катодный узел, вид сбоку в разрезе. Катодный узел содержит катод-мишень 1, выполненную в виде пластины, держатель 2 катода-мишени 1, выполненный в виде пластины, кольцевые постоянные магниты 3, первый магнитный наконечник в виде полого цилиндра 4, второй магнитный наконечник и магнитопровод, выполненные в виде стержня 5, установленного коаксиально полому цилиндру 4 (их оси совпадают), и пластины 6, кольцеобразную пластину 7, герметично соединенную с внутренней поверхностью полого цилиндра 4 и внешней поверхностью стержня 5 и образующую вместе с полым цилиндром 4, стержнем 5 и пластиной-держателем 2 (пластина-держатель 2 герметично закреплена на торцах цилиндра 4 и стержня 5) герметичную кольцеобразную камеру охлаждения 8, соединенную штуцером ввода 9 и штуцером вывода 10 охлаждающей жидкости с устройством циркуляции охлаждающей жидкости (на фигуре не показано). При этом штуцеры 9, 10 герметично установлены в отверстиях кольцеобразной пластины 7, а камера 8 расположена между полым цилиндром 4,стержнем 5 и ограничена их боковыми поверхностями и плоскими поверхностями держателя 2 и кольцеобразной пластины 7. Пластина 6 содержит отверстия для вывода штуцеров 9, 10 (отверстия позициями не обозначены). Полый цилиндр 4 установлен с возможностью контакта с одним из полюсов магнита 3, а пластина 6 образует зазор 11 (щель) со вторым полюсом магнита 3 и с торцом стержня 5 и установлена с возможностью перемещения вдоль оси стержня 5 до контакта со вторым полюсом магнита 3 и торцом стержня 5. Величина зазора 11 может быть уменьшена до нуля за счет контакта пластины 6 с полюсом магнита 3 и торцом наконечника 5. Измене 3 6143 1 ние зазора 11 осуществляется с помощью механизма перемещения (на фигуре не показан),соединенного с пластиной 6. Для получения стабильной плазмы над катодом-мишенью 1 располагают элемент подачи газа 12. Магниты 3 могут быть выполнены в виде одного кольцевого магнита или набора постоянных магнитов кольцеобразной формы. Катодный узел работает следующим образом. После создания разрежения в вакуумной камере, где расположен катодный узел, на катод-мишень 1 подается напряжение, а в область катода-мишени 1 (между мишенью 1 и элементом подачи газа 12) - рабочий газ. Одновременно, через камеру 8 с помощью штуцеров 9, 10 подается охлаждающая жидкость, например вода. В исходном состоянии величина зазора 11 (а через него величина магнитного потока) выбирается оптимальной для процесса нанесения. При подаче требуемого потенциала в область катода-мишени 1 происходит интенсивная ионизация газа и образуется ионная плазма. Ионы инертного газа бомбардируют катод-мишень 1, выбивают из нее (распыляют) нейтральные атомы и/или ионы наносимого материала, которые пролетают сквозь плазму и осаждаются на подложку (на фигуре не показана). В результате бомбардировки ионами газа катод-мишень 1 и держатель 2 катода-мишени 1 разогреваются. Однако, благодаря высокой теплопроводности держателя 2, его большой площади контакта с охлаждающей жидкостью (как тонкой стенки камеры 8), происходит интенсивное охлаждение катода-мишени 1. Кроме того, непосредственный контакт охлаждающей жидкости в камере 8 с полым цилиндром 4 и стержнем 5 обеспечивает их интенсивное охлаждение и предотвращает их перегрев, а также нагрев магнитов 3 и пластины 6. Благодаря этому, при распылении магниты 3, полый цилиндр 4, стержень 5 и пластина 6 создают на катоде-мишени 1 более стабильный магнитный поток требуемой величины и направления. При достижении на катоде-мишени 1 требуемой величины ее эрозии производят изменение (подстройку до оптимальной) величины магнитного потока. Для этого с помощью механизма перемещения, расположенного вне вакуумной камеры, увеличивают или уменьшают на требуемую величину зазор 11, перемещением пластины 6 вдоль оси стержня 5. В зависимости от величины эрозии подстройку магнитного потока можно осуществлять несколько раз. Вышеуказанные факторы (эффективное охлаждение мишени, стабильность магнитного потока и возможность его подстройки) позволяют оптимизировать процесс ионно-плазменного распыления, что обеспечивает высокое качество нанесения пленок и покрытий. Источники информации 1. Патент Великобритании 1453377, 7, 1976. 2. А.с. СССР 754907, МПК С 23 С 14/34, 1989 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.

МПК / Метки

МПК: C23C 14/35, C23C 14/34

Метки: узел, катодный, нанесения, пленок, ионно-плазменного

Код ссылки

<a href="http://bypatents.com/4-6143-katodnyjj-uzel-dlya-ionno-plazmennogo-naneseniya-plenok.html" rel="bookmark" title="База патентов Беларуси">Катодный узел для ионно-плазменного нанесения пленок</a>

Похожие патенты